專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高壓晶體管的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
本發(fā)明的目的是提供在確保耐高壓的同時(shí)，能最大程度的優(yōu)化勢(shì)阱的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
在該半導(dǎo)體襯底中形成的具有第二導(dǎo)電型的源極/漏極層；其中具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱包括溝道區(qū)，并且以不與該源極/漏極層重疊的方式形成。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，可以在不考慮勢(shì)阱耐壓的情況下設(shè)定包括溝道區(qū)的該勢(shì)阱的雜質(zhì)濃度，因此可比普通的高壓晶體管的勢(shì)阱中雜質(zhì)濃度更高。因此，根據(jù)本發(fā)明，從晶體管的溝道長度及閂鎖等觀點(diǎn)而言，該勢(shì)阱的雜質(zhì)濃度可被最優(yōu)化地設(shè)定。
另外，在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，由于具有第二導(dǎo)電型的高壓晶體管不在具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱內(nèi)形成，因此，不需要未形成高壓晶體管的勢(shì)阱部分的面積，其結(jié)果是晶體管可被更高集成。
在本發(fā)明中，“源極/漏極層”表示源極區(qū)或漏極區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置可包括至少在該源極/漏極層和該溝道區(qū)之間的由具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)層構(gòu)成的補(bǔ)償層。利用這種補(bǔ)償層可以進(jìn)一步提高漏極的耐壓。另外，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置還可包括與具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱相鄰，并且圍繞源極/漏極層的具有第二導(dǎo)電型的勢(shì)阱。利用所具有的這種第二導(dǎo)電型的勢(shì)阱，例如，可以進(jìn)一步提高漏極的耐壓。
該補(bǔ)償層位于在該柵極絕緣層周圍形成的絕緣層的下面。并且，該補(bǔ)償層可以由具有第二導(dǎo)電型的勢(shì)阱形成。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括(a)在具有第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)，形成包括溝道區(qū)并且以不與源極/漏極層重疊的方式形成的具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱；(b)在該勢(shì)阱上，通過柵極絕緣層形成柵極；
(c)以不與該勢(shì)阱重疊的方式形成該源極/漏極層。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，至少在該源極/漏極層和該溝道區(qū)之間形成由具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)層構(gòu)成的補(bǔ)償層。在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，與具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱相鄰并圍繞該源極/漏極層形成具有第二導(dǎo)電型的勢(shì)阱。
在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，通過在該半導(dǎo)體襯底的特定區(qū)域?qū)刖哂械诙?dǎo)電型的雜質(zhì)后形成雜質(zhì)層，然后根據(jù)該雜質(zhì)層上有選擇的氧化形成絕緣層以形成該補(bǔ)償層。另外，在根據(jù)本發(fā)明的制造方法中，具有第二導(dǎo)電型的勢(shì)阱和具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱以自對(duì)準(zhǔn)的方式彼此相鄰而形成，利用該具有第二導(dǎo)電型的勢(shì)阱可以形成補(bǔ)償層。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的表示半導(dǎo)體裝置制造方法工序的剖面圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的表示半導(dǎo)體裝置制造方法工序的剖面圖；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的高壓晶體管主要部分的剖面圖；以及

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的高壓晶體管主要部分的剖面圖。
1.第一實(shí)施方式1-1.半導(dǎo)體裝置圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖2是圖1所示的半導(dǎo)體裝置主要部分的平面圖。圖2指出了在半導(dǎo)體襯底中形成的雜質(zhì)層的導(dǎo)電型。
圖1所示的半導(dǎo)體裝置100包括在第一導(dǎo)電型(此例中為P型)的半導(dǎo)體(硅)襯底10內(nèi)形成的N溝道型高壓晶體管100。在半導(dǎo)體襯底10內(nèi)形成P型的第一勢(shì)阱12。然后，在第一勢(shì)阱12的兩側(cè)形成第二導(dǎo)電型(此例中為N型)的第二勢(shì)阱14a和N型的第三勢(shì)阱14b。
N溝道型的高壓晶體管100包括在P型的第一勢(shì)阱12上設(shè)置的柵極絕緣層20；在該柵極絕緣層20上形成的柵極22；在柵極絕緣層20的周圍設(shè)置的補(bǔ)償LOCOS層26；由在補(bǔ)償LOCOS層26的下面形成的N型低濃度雜質(zhì)層構(gòu)成的補(bǔ)償層28；在補(bǔ)償LOCOS層26的外側(cè)設(shè)置的源極/漏極層24a和24b。
在高壓晶體管100中，在柵極絕緣層20的下面形成的溝道區(qū)和源極/漏極層24a和24b之間，分別存在補(bǔ)償LOCOS層26和補(bǔ)償層28。另外，高壓晶體管100和鄰近的晶體管(沒有圖示)通過由LOCOS層構(gòu)成的元件隔離絕緣層30進(jìn)行彼此電隔離。
第一勢(shì)阱12包括溝道區(qū)，并在與源極/漏極層24a和24b分離的狀態(tài)下形成。在圖示的實(shí)例中，在基本位于補(bǔ)償層28的中間位置形成第1勢(shì)阱12的端部。另外，第二勢(shì)阱14a及第三勢(shì)阱14b分別與第一勢(shì)阱12接觸形成。然后，以在一側(cè)圍繞源極/漏極層24a的方式形成第二勢(shì)阱14a，并且以在另一側(cè)圍繞源極/漏極層24b的方式形成第三勢(shì)阱14b。
P型的第一勢(shì)阱12通過N型的第二勢(shì)阱14a和第三勢(shì)阱14b，分別位于與源極/漏極層24a和24b分離的位置，所以，不必過多考慮漏極的耐壓及勢(shì)阱的耐壓。因此，第一勢(shì)阱12的雜質(zhì)濃度主要從高壓晶體管100的溝道長度、閾值及閂鎖現(xiàn)象等方面考慮進(jìn)行設(shè)定。因此，與通常要求的高壓晶體管的勢(shì)阱相比，第一勢(shì)阱12的雜質(zhì)濃度可以提高。其結(jié)果是，很難產(chǎn)生閂鎖，可以實(shí)現(xiàn)晶體管的高速工作。
另外，利用N型的第二勢(shì)阱14a和第三勢(shì)阱14b可構(gòu)成所謂的雙重漏極結(jié)構(gòu)，這可以進(jìn)一步提高漏極的耐壓。
第一勢(shì)阱12，可以設(shè)定雜質(zhì)濃度為和一種勢(shì)阱中的雜質(zhì)濃度相同，其中例如低壓晶體管具有1.8～5V的驅(qū)動(dòng)電壓。第1勢(shì)阱12的雜質(zhì)濃度，例如，表面濃度為4.0×1016～7.0×1017atoms/cm3。
在根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，在不考慮勢(shì)阱的耐壓的情況下可設(shè)定包括溝道區(qū)的第一勢(shì)阱12的雜質(zhì)濃度，所以可以比通常所要求的高壓晶體管的勢(shì)阱的雜質(zhì)濃度更高。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，從高壓晶體管的溝道長度及閂鎖等方面考慮，可將第一勢(shì)阱12的雜質(zhì)濃度進(jìn)行最優(yōu)化的設(shè)定。
在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，由于N溝道型高壓晶體管不在P型的勢(shì)阱內(nèi)形成，因此，不需要不形成晶體管的勢(shì)阱部分的面積，其結(jié)果是，可高度集成晶體管。
在本實(shí)施方式中，高壓晶體管具有LOCOS補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，從而具有高漏極耐壓，從而構(gòu)成耐高壓的MOSFET。換言之，通過在補(bǔ)償LOCOS層26下面設(shè)置由低濃度雜質(zhì)層構(gòu)成的補(bǔ)償層28，與沒有補(bǔ)償LOCOS層的情況相比，補(bǔ)償層28相對(duì)溝道區(qū)可以較深。其結(jié)果是，當(dāng)晶體管處于OFF狀態(tài)時(shí)，由于該補(bǔ)償層28，可以形成較深的耗盡層，能夠緩解漏極近旁的電場(chǎng)，提高漏極耐壓。
1-2.制造方法接下來，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的實(shí)例之一進(jìn)行說明。圖3～圖8表示圖1及圖2所示的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖。
(A)如圖3所示，P型半導(dǎo)體(硅)襯底10被熱氧化以在半導(dǎo)體襯底10的表面形成厚度約40nm的氧化硅層40。然后，在該氧化硅層40上，形成厚度為140～160nm的作為抗氧化層的氮化硅層42。接著，在該氮化硅層42上形成抗蝕層R100。在抗蝕層R100上形成圖案，以在對(duì)應(yīng)于N型的第二勢(shì)阱14a及第三勢(shì)阱14b(參照?qǐng)D1)的位置形成開口部分。接著，利用抗蝕層R100作為掩模，對(duì)氮化硅層42進(jìn)行蝕刻。然后，利用抗蝕層R100及氮化硅層42作為掩模，在半導(dǎo)體襯底10內(nèi)注入例如磷離子，以形成N型的雜質(zhì)層140a和140b。
當(dāng)最終得到的第二勢(shì)阱14a和第三勢(shì)阱14b(參照?qǐng)D1)的雜質(zhì)濃度與低壓晶體管的N型勢(shì)阱相同時(shí)，可以在同一步驟里將離子注入低壓晶體管區(qū)的N型勢(shì)阱。
(B)如圖3及圖4所示，去掉抗蝕層R100后，利用氮化硅層42作為抗氧化掩模，半導(dǎo)體襯底10被熱氧化，由此在N型的雜質(zhì)層140a和140b分別形成厚度約500nm的LOCOS層44。接著，去掉氮化硅層42后，利用LOCOS層44作為掩模，在半導(dǎo)體襯底10內(nèi)注入硼離子，以對(duì)準(zhǔn)的方式形成P型雜質(zhì)層120。另外，在圖4所示的步驟(B)中，利用有選擇的氧化在半導(dǎo)體襯底10的表面中可形成凹凸部分；但在圖5及后面的圖中，為了圖的簡單化，沒有示出這些凹凸部分。
當(dāng)最終得到的第一勢(shì)阱12(參照?qǐng)D1)的雜質(zhì)濃度與低壓晶體管的P型勢(shì)阱相同時(shí)，可以在同一步驟里將離子注入低壓晶體管區(qū)的P型勢(shì)阱。
(C)如圖4及圖5所示，去掉氧化硅層40及LOCOS層44后，通過半導(dǎo)體襯底10上的熱氧化形成氧化硅層46。接著，利用熱處理，P型雜質(zhì)層120及N型雜質(zhì)層140a和140b中的雜質(zhì)被擴(kuò)散(受迫)，以使P型的第一勢(shì)阱12、N型的第二勢(shì)阱14a和第三勢(shì)阱14b以自對(duì)準(zhǔn)的方式彼此相鄰形成。
(D)如圖5及圖6所示，去掉利用熱處理變厚的氧化硅層46之后，在半導(dǎo)體襯底10上利用熱氧化形成新的氧化硅層47。接著，在氧化硅層47上，形成已形成圖案的氮化硅層48。氮化硅層48的圖案形成與所述步驟(A)相同，通過沒有圖示的抗蝕層作為掩模，對(duì)氮化硅層進(jìn)行蝕刻。氮化硅層48在對(duì)應(yīng)于圖1所示的元件隔離絕緣層30及補(bǔ)償LOCOS層26的區(qū)域的位置具有開口部分。
(E)如圖7所示，利用氮化硅層47作為掩模，在半導(dǎo)體襯底10內(nèi)注入磷離子以形成N型的雜質(zhì)層280。
(F)如圖7及圖8所示，利用氮化硅層48作為抗氧化掩模，對(duì)半導(dǎo)體襯底10的表面進(jìn)行熱氧化。因此，可以形成由LOCOS層及補(bǔ)償LOCOS層26構(gòu)成的元件隔離絕緣層30。然后，在補(bǔ)償LOCOS層26下面形成由N型低濃度雜質(zhì)層構(gòu)成的補(bǔ)償層28。并且，在元件隔離絕緣層30下面形成N型低濃度雜質(zhì)層。
接著，利用公知的方法形成柵極絕緣層、柵極及源極/漏極層等，以形成圖1所示的高壓晶體管100。
根據(jù)本實(shí)施方式的制造方法，可利用所述步驟(A)至(C)中的自對(duì)準(zhǔn)的方式形成P型的第一勢(shì)阱12及N型的第二勢(shì)阱14a和第三勢(shì)阱14b。
根據(jù)本實(shí)施方式的制造方法，利用所述步驟(C)中的熱處理，使P型的雜質(zhì)層120及N型的雜質(zhì)層140a和140b中的雜質(zhì)分別擴(kuò)散，以使P型的第一勢(shì)阱12及N型的第二勢(shì)阱14a和第三勢(shì)阱14b可以同時(shí)形成。
2.第二實(shí)施方式圖9示意性的示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。與圖1所示的部件實(shí)際上具有同樣功能的部件被賦予同一附圖標(biāo)記，其詳細(xì)說明被省略。
根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置200由于沒有N型的第二、第三勢(shì)阱，因此與第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置100不同。具有這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置200也可以具有與半導(dǎo)體裝置100相同的功能。
本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置200可以用與第一實(shí)施方式所述的制造方法基本相同的方法進(jìn)行制造。但是，由于可以不形成第二、第三勢(shì)阱，因此，代替圖3～圖5所示的步驟(A)至(C)，利用例如抗蝕層作為掩模，將P型的雜質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底的特定區(qū)域后，進(jìn)行熱處理，由此可以形成勢(shì)阱12。
3.第三實(shí)施方式圖10示意性的示出了根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。與圖1所示的部件實(shí)際上具有同樣功能的部件被賦予同一附圖標(biāo)記，其詳細(xì)說明被省略。
根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置300沒有作為補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的LOCOS補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，因此與第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置100不同。
換言之，半導(dǎo)體裝置300不具有圖1所示的半導(dǎo)體裝置100的補(bǔ)償LOCOS層26及補(bǔ)償層28。并且，在半導(dǎo)體裝置300中，由N型低濃度雜質(zhì)層構(gòu)成的第二勢(shì)阱14a和第三勢(shì)阱14b具有作為補(bǔ)償層的功能，并形成所謂的雙重漏極結(jié)構(gòu)。
具有這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置300在耐壓方面有時(shí)比半導(dǎo)體裝置100稍差，但在其他方面與半導(dǎo)體裝置100具有同樣的功能。
本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置300可以用第一實(shí)施方式所述的制造方法基本相同的方法進(jìn)行制造。但是，由于可以不形成LOCOS補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，所以，不需要圖6～圖8所述的步驟(D)至(F)。
本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式，在發(fā)明的宗旨范圍內(nèi)可以采用各種修改。例如，上述實(shí)施方式示出了第一導(dǎo)電型是P型、第二導(dǎo)電型是N型的實(shí)例，但是，也可以是與其相反的導(dǎo)電型。并且，半導(dǎo)體裝置的層結(jié)構(gòu)或平面結(jié)構(gòu)根據(jù)裝置的設(shè)計(jì)可以采用與上述實(shí)施方式不同的結(jié)構(gòu)。
附圖標(biāo)記說明10 半導(dǎo)體襯底12 第一勢(shì)阱14a 第二勢(shì)阱14b 第三勢(shì)阱20 柵極絕緣層22 柵極24a、24b 源極/漏極層26 補(bǔ)償LOCOS層28 補(bǔ)償層30 元件隔離絕緣層40 氧化硅層42 氮化硅層46、47 氧化硅層48 氮化硅層100、200、300高壓晶體管120 P型雜質(zhì)層140a、140b N型雜質(zhì)層280 N型雜質(zhì)層
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括具有第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底中形成的具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱；在所述半導(dǎo)體襯底上形成的柵極絕緣層；在所述柵極絕緣層上形成的柵極；以及在所述半導(dǎo)體襯底中形成的具有第二導(dǎo)電型的源極/漏極層，其中所述具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱包括溝道區(qū)，并且以不與所述源極/漏極層重疊的方式形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，包括至少在所述源極/漏極層和所述溝道區(qū)之間由具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)層構(gòu)成的補(bǔ)償層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置，包括與所述具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱相鄰并圍繞所述源極/漏極層的具有第二導(dǎo)電型的勢(shì)阱。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述補(bǔ)償層位于圍繞所述柵極絕緣層形成的絕緣層的下面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述補(bǔ)償層由所述具有第二導(dǎo)電型的勢(shì)阱構(gòu)成。
6.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括(a)在具有第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底中形成具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱，其包括溝道區(qū)并且不與源極/漏極層重疊；(b)在所述勢(shì)阱上通過柵極絕緣層形成柵極；以及(c)以不與所述勢(shì)阱重疊的方式形成所述源極/漏極層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括至少在所述源極/漏極層和所述溝道區(qū)之間形成由具有第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)層構(gòu)成的補(bǔ)償層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括形成與所述具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱相鄰并圍繞所述源極/漏極層的具有第二導(dǎo)電型的勢(shì)阱。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中通過在所述半導(dǎo)體襯底的特定區(qū)域?qū)刖哂械诙?dǎo)電型的雜質(zhì)后形成雜質(zhì)層，然后在所述雜質(zhì)層上通過有選擇的氧化形成絕緣層以形成所述補(bǔ)償層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述具有第二導(dǎo)電型的勢(shì)阱和所述具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱以自對(duì)準(zhǔn)的方式彼此相鄰形成，所述補(bǔ)償層由具有第二導(dǎo)電型的勢(shì)阱形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了半導(dǎo)體裝置及其制造方法，該半導(dǎo)體能夠確保耐高壓，并能最大程度優(yōu)化勢(shì)阱。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置(100)包括具有第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底(10)，在半導(dǎo)體襯底(10)上形成的具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱(12)，在半導(dǎo)體襯底(10)上形成的柵極絕緣層(20)，在柵極絕緣層(20)上形成的柵極(22)，在半導(dǎo)體襯底(10)中形成的具有第二導(dǎo)電型的源極/漏極層(14a)和(14b)。具有第一導(dǎo)電型的勢(shì)阱(12)包括溝道區(qū)，并且其以不與源極/漏極層(14a)和(14b)重疊的方式形成。
文檔編號(hào)H01L29/78GK1445854SQ03119188
公開日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2003年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月18日
發(fā)明者林正浩 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社